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LES QUATRE
1 NTERACTIONS
FONDAMENTALES,
I
LA RELATIVITE
I
I
GENERALE
La cohésion de la matière et les interactions entre particules élémentaires sont assurées par diverses forces, qui, selon la conception actuelle de la physique, peuvent
être décrites au moyen de quatre interactions fondamentales seulement : ce sont la
gravitation, l'électromagnétisme, et les interactions faible et forte. Ces quatre forces
fondamentales sont très différentes, tant par leur intensité que par leur portée ou par
la nature des charges concernées.
Bien que la recherche d'une description unifiée des interactions fondamentales soit
l'un des objectifs majeurs de la recherche en physique, la gravitation reste aujourd'hui
encore à part, et seules les interactions électromagnétique, faible et forte sont pour
l'instant unifiées au sein d'un modèle théorique appelé modèle standard.
Le but de ce chapitre est d'introduire plusieurs de ces notions, en insistant plus
particulièrement sur la théorie de la relativité générale, prolongement naturel des
idées et principes de la théorie de la relativité restreinte.
9.1 INTERACTION GRAVITATIONNELLE
ET NOTION DE RELATIVITÉ GÉNÉRALE
Dans les chapitres précédents, nous avons vu que, dans le cadre de la théorie de la
relativité restreinte, les équations de la dynamique et de 1' électromagnétisme satisfaisaient aux mêmes lois (de transformation de Lorentz). On peut alors se demander s'il
en est de même des trois autres interactions fondamentales, à commencer par la plus
commune de toutes à notre échelle : 1 'interaction gravitationnelle.
Il est cependant facile de montrer que les équations de la théorie classique de la
gravitation, c' est-à-dire celle de Newton, ne sont pas en accord avec les transformations de Lorentz et le principe de relativité. En effet, en gravitation newtonienne, le
champ de gravitation créé par une masse s'adapte instantanément dans tout l'espace
à toute modification de cette masse ou de son mouvement, violant ainsi le principe
de relativité et le fait qu'aucun objet ou information ne peut se déplacer plus vite
que la vitesse de la lumière. Il est par ai11eurs évident, au si mple vu de la formule de
la force gravitationnelle entre deux masses rappelée ci-dessous (équation 9.1), que
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La cohésion de la matière et les interactions entre particules élémentaires sont assurées par diverses forces, qui, selon la conception actuelle de la physique, peuvent
être décrites au moyen de quatre interactions fondamentales seulement : ce sont la
gravitation, l'électromagnétisme, et les interactions faible et forte. Ces quatre forces
fondamentales sont très différentes, tant par leur intensité que par leur portée ou par
la nature des charges concernées.
Bien que la recherche d'une description unifiée des interactions fondamentales soit
l'un des objectifs majeurs de la recherche en physique, la gravitation reste aujourd'hui
encore à part, et seules les interactions électromagnétique, faible et forte sont pour
l'instant unifiées au sein d'un modèle théorique appelé modèle standard.
Le but de ce chapitre est d'introduire plusieurs de ces notions, en insistant plus
particulièrement sur la théorie de la relativité générale, prolongement naturel des
idées et principes de la théorie de la relativité restreinte.
9.1 INTERACTION GRAVITATIONNELLE
ET NOTION DE RELATIVITÉ GÉNÉRALE
Dans les chapitres précédents, nous avons vu que, dans le cadre de la théorie de la
relativité restreinte, les équations de la dynamique et de 1' électromagnétisme satisfaisaient aux mêmes lois (de transformation de Lorentz). On peut alors se demander s'il
en est de même des trois autres interactions fondamentales, à commencer par la plus
commune de toutes à notre échelle : 1 'interaction gravitationnelle.
Il est cependant facile de montrer que les équations de la théorie classique de la
gravitation, c' est-à-dire celle de Newton, ne sont pas en accord avec les transformations de Lorentz et le principe de relativité. En effet, en gravitation newtonienne, le
champ de gravitation créé par une masse s'adapte instantanément dans tout l'espace
à toute modification de cette masse ou de son mouvement, violant ainsi le principe
de relativité et le fait qu'aucun objet ou information ne peut se déplacer plus vite
que la vitesse de la lumière. Il est par ai11eurs évident, au si mple vu de la formule de
la force gravitationnelle entre deux masses rappelée ci-dessous (équation 9.1), que
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